王建民

(許昌學(xué)院體育學(xué)院，河南 許昌 461000)

神經(jīng)生長(zhǎng)因子、被動(dòng)運(yùn)動(dòng)對(duì)失神經(jīng)大鼠股骨生物力學(xué)性能的影響

王建民

(許昌學(xué)院體育學(xué)院，河南 許昌 461000)

目的:探討神經(jīng)生長(zhǎng)因子、被動(dòng)運(yùn)動(dòng)對(duì)失神經(jīng)大鼠股骨生物力學(xué)性能的影響。方法:去除坐骨神經(jīng)和股神經(jīng)造大鼠股骨廢用性骨質(zhì)疏松模型，將大鼠隨機(jī)分為假手術(shù)組(SHAM組)、去神經(jīng)對(duì)照組(DN組)、神經(jīng)生長(zhǎng)因子組(NGF組)、被動(dòng)運(yùn)動(dòng)組(PM組)、神經(jīng)生長(zhǎng)因子+被動(dòng)運(yùn)動(dòng)組(NGF+PM)組，觀察各組大鼠股骨生物力學(xué)指標(biāo)的變化。結(jié)果:NGF+PM組股骨最大載荷、結(jié)構(gòu)剛度、破斷載荷、最大應(yīng)變、彈性模量、極限強(qiáng)度與DN組相比差異均具高度顯著性(P＜0.01);而與SHAM組相比差異不具顯著性(P＞0.05)，NGF組結(jié)構(gòu)剛度、彈性模量、極限強(qiáng)度低于SHAM組 (P＜0.05)，最大載荷指標(biāo)明顯低于SHAM組(P＜0.01);PM組最大載荷低于SHAM組(P＜0.05)，其余指標(biāo)差異不顯著。結(jié)論:大鼠股骨失神經(jīng)支配后骨生物力學(xué)性能下降，神經(jīng)生長(zhǎng)因子和被動(dòng)運(yùn)動(dòng)均可減緩失神經(jīng)大鼠股骨生物力學(xué)性能的改變，兩種方法合用能更有效防治大鼠失神經(jīng)所致的廢用性骨質(zhì)疏松。

神經(jīng)生長(zhǎng)因子;被動(dòng)運(yùn)動(dòng);廢用性骨質(zhì)疏松;生物力學(xué)性能

神經(jīng)性疾病所致癱瘓如脊髓損傷后的截癱或下肢癱、由于中風(fēng)導(dǎo)致的偏癱或輕偏癱以及嚴(yán)重神經(jīng)創(chuàng)傷受損后長(zhǎng)期臥床，因失神經(jīng)支配所致的廢用性骨質(zhì)疏松發(fā)生率較高，表現(xiàn)為局部肢體失去神經(jīng)支配和運(yùn)動(dòng)能力，目前尚無(wú)特效療法。開(kāi)展防治失神經(jīng)所致廢用性骨質(zhì)疏松的研究，有助于減少并發(fā)癥，如病理性骨折、腎結(jié)石、關(guān)節(jié)周?chē)浗M織骨化、肢體畸形等［1］。本實(shí)驗(yàn)采用大鼠失神經(jīng)方法形成廢用性骨質(zhì)疏松的動(dòng)物模型，大鼠骨失神經(jīng)支配后，主要表現(xiàn)為失神經(jīng)支配和失運(yùn)動(dòng)能力兩個(gè)方面，本研究采用外源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子和被動(dòng)運(yùn)動(dòng)干預(yù)，通過(guò)檢測(cè)大鼠骨生物力學(xué)性能的變化，探討其對(duì)大鼠失神經(jīng)所致廢用性骨質(zhì)疏松的防治作用。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物(購(gòu)于河南大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心)為3月齡健康雄性SD大鼠50只，體重 265.80±14.65 g，清潔級(jí)，在動(dòng)物房中適應(yīng)性喂養(yǎng)一周。標(biāo)準(zhǔn)嚙齒類(lèi)動(dòng)物飼料喂養(yǎng)，自由飲食。

1.2 研究方法

(1)實(shí)驗(yàn)材料。

注射用鼠神經(jīng)生長(zhǎng)因子凍干粉(NGF，規(guī)格:20μg/支，每支含4500AU)，武漢海特生物制藥股份有限公司生產(chǎn)。骨鈣素試劑盒(BGP)和抗酒石酸酸性磷酸酶試劑盒(TRACP)購(gòu)自南京建成生物工程研究所。

(2)實(shí)驗(yàn)分組。

將50只健康SD大鼠隨機(jī)分成A、B兩組，A組10只為假手術(shù)組(SHAM組)，B組40只為造模組，造模組大鼠行神經(jīng)切除術(shù)。造模成功后，將B組40只大鼠隨機(jī)分成4組:去神經(jīng)對(duì)照組(DN組);神經(jīng)生長(zhǎng)因子組(NGF組);被動(dòng)運(yùn)動(dòng)組(PM組);神經(jīng)生長(zhǎng)因子加被動(dòng)運(yùn)動(dòng)組(NGF+PM組)。每組10只，各組內(nèi)依次編號(hào)并用不同顏色記號(hào)筆區(qū)分。

(3)造模方法。

大鼠腹腔注射3%戊巴比妥鈉(25mg/kg)溶液麻醉，無(wú)菌條件下先于俯臥位行右后肢股外側(cè)切口，于股骨粗隆水平切斷坐骨神經(jīng)，切除坐骨神經(jīng)5－6mm，用生理鹽水沖洗并縫合切口;再置大鼠于仰臥位，正中縱切口，于腹股韌帶水平切斷大鼠右側(cè)股神經(jīng)，切除股神經(jīng)5－6mm并生理鹽水沖洗、縫合切口，縫合后切口消毒。A組進(jìn)行同法操作，但不切斷神經(jīng)。術(shù)后均給予慶大霉素切口外涂。

(4)治療方法。

治療于神經(jīng)切除術(shù)后第4天進(jìn)行，NGF組和NGF+PM組于手術(shù)側(cè)腓腸肌處按每公斤體重2個(gè)活性單位注射N(xiāo)GF，每天上午注射1次。其余組注射生理鹽水，各組大鼠隔日稱(chēng)體重一次，并按體重變化給藥。PM組和NGF+PM組于注射30分鐘后進(jìn)行被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)間為30天。

(5)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)方法［2］。

將大鼠置于自制的網(wǎng)夾內(nèi)，拉出右后肢，抓住趾部，與脊柱呈45°向后外方牽拉，直至右后肢完全伸直(膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)均伸直)，然后再與牽拉方向相反，將右后肢推向身體，使之完全屈曲緊貼身體(膝關(guān)節(jié)完全屈曲，踝關(guān)節(jié)完全背屈)，這樣往復(fù)運(yùn)動(dòng)為1次，每天被動(dòng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練300次。

(6)取材。

實(shí)驗(yàn)30天后，各組在安靜狀態(tài)下稱(chēng)重。所有動(dòng)物均以股動(dòng)脈放血處死，每組大鼠剝?nèi)∮覀?cè)股骨，剔除軟組織，用浸透生理鹽水的紗布包好，－20℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

(7)股骨生物力學(xué)測(cè)試。

將股骨置于Instron萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(美國(guó)Instron Co生產(chǎn)，型號(hào):4302)上作三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)，加載速度為2mm/min，跨距為24mm，記錄其載荷－變形曲線(xiàn)和應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn)獲得。

(8)數(shù)據(jù)處理。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 大鼠一般情況

手術(shù)后前兩天各組大鼠體重下降，進(jìn)食減少，三天后各組大鼠體重開(kāi)始增長(zhǎng)，但DN組大鼠增長(zhǎng)與其它組相比生長(zhǎng)速度延緩，毛色光澤下降，有稀疏了蓬松感，活動(dòng)力下降，神情倦怠。其他各去神經(jīng)組手術(shù)后也有類(lèi)似狀況，但隨著對(duì)其實(shí)施各種干預(yù)手段，毛色有所改善，活力增加，被動(dòng)運(yùn)動(dòng)效果表現(xiàn)最好，大鼠體征與SHAM組類(lèi)似，身體增長(zhǎng)也較快。手術(shù)10天左右極個(gè)別大鼠出現(xiàn)自食現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)后剔出這些異常大鼠。各組大鼠實(shí)驗(yàn)期間生長(zhǎng)發(fā)育情況基本正常。

2.2 股骨生物力學(xué)性能的比較

(1)股骨結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)的比較

見(jiàn)表2，在股骨最大載荷方面，DN和NGF組與SHAM組相比差異均具高度顯著性(P＜0.01)，PM組與SHAM差異具顯著性(P＜0.05)，NGF+PM組與SHAM組差異不具有顯著性(P＞0.05);SHAM、PM和NGF+PM與DN組間差異均具高度顯著性(P＜0.01)，NGF組與DN組間差異具顯著性(P＜0.05)。

在股骨斷裂載荷方面，與SHAM組相比DN組與之的差異具高度顯著性(P＜0.01)，其他組與之無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。與DN組相比，SHAM、PM和NGF+PM與DN組間差異均具高度顯著性(P＜0.01)NGF組與DN組差異不具顯著性(P＞0.05)，但NGF組斷裂載荷明顯增加。

在股骨結(jié)構(gòu)剛度方面，與SHAM相比，DN組與之的差異具高度顯著性(P＜0.01)，NGF組與之差異具顯著性(P＜0.05)，PM、NGF+PM組與之的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);SHAM、PM、NGF+PM與 DN組的差異具高度顯著性(P＜0.01)，NGF組與DN組差異具顯著性(P＜0.05)。

在能量吸收方面，除SHAM組和DN組間有顯著性 差異(P＜0.05)外，各組之間均無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。

表2 各組股骨結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)的比較(±SD)

表2 各組股骨結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)的比較(±SD)

注:與 SHAM組相比，▲:P＜0.05，▲▲:P＜0.01;與 DN 組相比，■:P＜0.05，■■:P＜0.01

組別 最大載荷(N) 斷裂載荷(N) 結(jié)構(gòu)剛度(N·mm－1) 能量吸收(N·mm)SHAM 87.29 ±7.15■■ 54.88 ±10.34■■ 127.19 ±12.08■■ 63.54 ±4.08■61.03 ±4.15 DN 73.52 ±2.87▲▲ 40.42 ±6.50▲▲ 103.26 ±8.43▲▲ 54.40 ±7.57▲NGF 78.40 ±4.50▲▲■ 45.76 ±8.26■ 115.87 ±12.53▲■ 57.98 ±3.92 PM 81.33 ±3.42▲■■ 52.54 ±11.71■■ 119.27 ±6.81■■ 59.25 ±5.64 NGF+PM 85.51 ±2.77■■ 54.26 ±12.21■■ 123.45 ±12.15■■

(2)股骨材料力學(xué)參數(shù)的比較

由表3可以看出，在極限強(qiáng)度方面，DN組與SHAM組之間的差異具高度顯著性(P＜0.01)，NGF組與之差異具顯著性(P＜0.05)，其他兩組與之差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);SHAM和 NGF+PM組與DN組比較差異具高度顯著性(P＜0.01)，PM組與之差異具顯著性(P＜0.05)，NGF組與之差異不顯著(P＞0.05)。

在最大應(yīng)變方面，DN組與 SHAM組之間的差異具高度顯著性(P＜0.01)，其他各組與之比較差異不具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);SHAM組、PM組和 NGF+PM組與DN組的差異均具有高度顯著性(P＜0.01)，NGF組與之差異則具顯著性(P＜0.05)。

在彈性模量方面，DN組與 SHAM組之間的差異具高度顯著性(P＜0.01)，其他各組與之差異不顯著(P＞0.05);SHAM組、NGF組、PM組和 NGF+PM組與DN組比較差一均具高度顯著性。

表3 各組股骨材料力學(xué)的比較(±SD)

表3 各組股骨材料力學(xué)的比較(±SD)

注:與 SHAM組相比，▲:P＜0.05，▲▲:P＜0.01;與 DN 組相比，■:P＜0.05，■■:P＜0.01

組別 極限強(qiáng)度(N mm－2) 最大應(yīng)變(%) 彈性模量(MPa)SHAM 35.12 ±2.18■■ 2.55 ±0.67■■ 6870.89 ±608.27■■DN 27.41 ±2.23▲▲ 3.59 ±0.51▲▲ 5246 ±597.28▲▲NGF 28.89 ±2.04▲ 2.90 ±0.26■ 5728.36 ±501.66▲■PM 30.57 ±2.22■ 2.57 ±0.31■■ 6017.09 ±482.65■■NGF+PM 32.29 ±3.29■■ 2.66 ±0.36■■ 6416.34 ±438.29■■

3 討論

周?chē)窠?jīng)損傷后，成骨細(xì)胞活性受到抑制，破骨作用加強(qiáng)，導(dǎo)致骨量減少和骨強(qiáng)度下降。

戴壽榮等［3］研究證明大鼠失神經(jīng)支配后骨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯下降。予以神經(jīng)生長(zhǎng)因子治療后，大鼠的骨小梁平均寬度、體積密度、連接點(diǎn)數(shù)均較失神經(jīng)組有明顯增加，證明神經(jīng)生長(zhǎng)因子治療能明顯改善失神經(jīng)后骨結(jié)構(gòu)的改變，減少骨量的丟失。

本研究表明，大鼠股骨失去神經(jīng)支配后，骨生物力學(xué)性能明顯下降。說(shuō)明神經(jīng)生長(zhǎng)因子對(duì)去神經(jīng)骨代謝具有重要的調(diào)節(jié)作用，可以預(yù)防去神經(jīng)所致骨質(zhì)疏松的的發(fā)生，其機(jī)制尚不清楚。

但一些研究［4］證實(shí)NGF對(duì)骨生成具有促進(jìn)作用，內(nèi)源性和外源性NGF可與成骨細(xì)胞LNGFR結(jié)合，使成骨能力增強(qiáng)。夏勝利等［5，6］研究表明人重組骨形態(tài)形成蛋白(rhBMP)可以誘導(dǎo) NGF及其高親和受體(TrkA)的表達(dá)，表明 NGF間接或者直接通過(guò) BMP路徑在最初骨的形成中發(fā)揮重要作用。NGF還可抑制骨吸收，通過(guò)抑制破骨細(xì)胞分泌酸性物質(zhì)和基質(zhì)金屬蛋白酶減少骨鈣吸收和骨膠原的降解作用，保持骨的機(jī)械性能和生物功能［7］。另外，神經(jīng)生長(zhǎng)因子具有控制神經(jīng)元的存活，促進(jìn)神經(jīng)元的分化作用，通過(guò)修復(fù)神經(jīng)來(lái)達(dá)到治療效果，NGF可引導(dǎo)神經(jīng)長(zhǎng)入骨痂，可促進(jìn)P物質(zhì)、降鈣素基因相關(guān)肽(CGRP)的釋放調(diào)節(jié)骨代謝［8］及促進(jìn)骨組織對(duì) 1、25－(OH)2D3 提取過(guò)程［9］，并能通過(guò)增加交感神經(jīng)的支配間接增加血管的生成，從而促進(jìn)骨化等，本實(shí)驗(yàn)也證實(shí)大鼠失神經(jīng)支配后體重減少，失神經(jīng)肌肉嚴(yán)重萎縮，而NGF可以延緩肌肉萎縮，維持肌肉對(duì)骨骼的應(yīng)力作用，抑制骨吸收，有利于成骨。

運(yùn)動(dòng)對(duì)于骨骼的生長(zhǎng)、再建和骨量的維持是一種機(jī)械刺激，較低或者完全喪失這種刺激對(duì)骨的作用，將誘導(dǎo)加速破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收，并抑制成骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨形成，從而導(dǎo)致骨丟失［10，11］。被動(dòng)運(yùn)動(dòng)在臨床上是肢體關(guān)節(jié)康復(fù)的重要方法。被動(dòng)運(yùn)動(dòng)能避免因固定所致的肌肉萎縮和廢用性骨質(zhì)疏松等。本實(shí)驗(yàn)表明，被動(dòng)運(yùn)動(dòng)能夠抑制去神經(jīng)大鼠骨生物力學(xué)性能的下降，延緩廢用性骨質(zhì)疏松的發(fā)展。可能機(jī)理為被動(dòng)運(yùn)動(dòng)使失神經(jīng)骨骼重新獲得應(yīng)力刺激，增加骨內(nèi)血流量，使成骨細(xì)胞活性升高，刺激骨形成，減少骨礦物質(zhì)的損失，另外本實(shí)驗(yàn)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)組大鼠肌肉萎縮不明顯，說(shuō)明被動(dòng)運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)延緩肌肉的萎縮而間接對(duì)骨骼產(chǎn)生良性作用。

本實(shí)驗(yàn)采用大鼠失神經(jīng)方法形成廢用性骨質(zhì)疏松的動(dòng)物模型，大鼠骨失神經(jīng)支配后，主要表現(xiàn)為失神經(jīng)和失應(yīng)力刺激兩個(gè)方面，針對(duì)性采用神經(jīng)生長(zhǎng)因子加被動(dòng)運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行治療，結(jié)果顯示兩種干預(yù)方法同時(shí)應(yīng)用骨生物力學(xué)指標(biāo)優(yōu)于 PM組和 NGF組，接近SHAM組水平，延緩廢用性骨質(zhì)疏松的發(fā)展效果顯著?？梢猿醪酵茢啵窠?jīng)生長(zhǎng)因子療法和被動(dòng)運(yùn)動(dòng)在調(diào)節(jié)骨代謝方面，兩者通過(guò)各自的作用途徑，既相互協(xié)同，又相互補(bǔ)充。NGF組和PM組大鼠體重均沒(méi)有出現(xiàn)明顯下降，肌肉萎縮不明顯，所以?xún)烧咴谛迯?fù)神經(jīng)、延緩肌肉萎縮等方面作用是一致的，另外兩者相互聯(lián)系，被動(dòng)運(yùn)動(dòng)可以促進(jìn)內(nèi)源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子的釋放［12］，神經(jīng)生長(zhǎng)因子通過(guò)調(diào)節(jié)骨系細(xì)胞的活性，提高對(duì)應(yīng)力刺激的感受性等等。雖從骨代謝指標(biāo)來(lái)看，聯(lián)合療法優(yōu)于單純一種干預(yù)方式，但目前對(duì)神經(jīng)生長(zhǎng)因子和被動(dòng)運(yùn)動(dòng)方法預(yù)防廢用性骨質(zhì)疏松機(jī)制的研究尚不全面，還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

(1)大鼠失神經(jīng)支配后，骨生物力學(xué)性能下降明顯，神經(jīng)生長(zhǎng)因子和被動(dòng)運(yùn)動(dòng)均能有效抑制這種變化，延緩去神經(jīng)所致大鼠廢用性骨質(zhì)疏松的發(fā)生。

(2)神經(jīng)生長(zhǎng)因子加被動(dòng)運(yùn)動(dòng)組防治大鼠廢用性骨質(zhì)疏松表現(xiàn)出更好的效果，具有協(xié)同作用。

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Effect of Exogenous Nerve Growth Factor and Passive Movement on Femoral Biomechanics of Denervated Rats

Wang Jian－Ming
(Sports Department，Xuchang University，Xuchang，Henan 461000)

Objective:to investigate the effect of exogenous nerve growth factor(NGF)and passive action on the biomechanics of denervated rats with disuse osteoporosis.Methods:rats were randomly divided into five groups(Sham group，DN group，NGF group，PMgroup and NGF+PMgroup).Results:compared with sham group，the biomechanical indices were in the denervation group(P＜ 0.01).The maximum load and modulus of elasticity in the combination group were both decreased(P ＜ 0.05).In the PM+NGF Group，the maximum load，structure stiffness and modulus of elasticity were all reduced(P ＜ 0.05).Conclusion:after the denervation，the muscular stress has been lost and femoral mechanical property decrease，nerve repair and regeneration will benefit to prevent or delay the appearance of osteoporosis.

exogenous nerve growth factor，passive movement，osteoporosis，muscular stress

G804.2

A

1001－9154(2011)06－0067－04

G804.2

A

1001－9154(2011)06－0067－04

王建民(1969—)，男，碩士，副教授;主要研究方向:高校體育教學(xué)與訓(xùn)練。

2011－04－28